自由水面蒸发过程中稳定同位素分馏效应的实验与模拟
发布时间：2021-08-30 18:28
蒸发是水循环过程中的一个重要环节,也是大气水汽的源。水体蒸发过程中所伴随的稳定同位素分馏,导致了水循环后续阶段的水体中稳定同位素存在较大差异。大气环境在影响水体稳定同位素分馏过程的同时,相关的环境信息也被记录在水体同位素中。除蒸发作用外,不同水体之间的物质交换也是引起水体稳定同位素变化的另一种方式。通过开展不同控制条件下的蒸发实验,是了解和认识自由水面蒸发过程中稳定同位素分馏效应的有效手段;结合相应的数学模型模拟不同条件下的水体稳定同位素变化,一方面可以检验不同分馏理论的适用性,另一方面可以定量地解读水体中稳定同位素变化的信息。基于此,论文设计了三种水文条件下的蒸发实验,由只受蒸发分馏影响、到受蒸发分馏和人为控制的物质交换的两个器皿实验,最后是自然状态下湖泊水稳定同位素的观测实验这三方面来揭示自由水面蒸发过程中稳定同位素的分馏效应。从两个蒸发器皿中水体蒸发试验,分析了不同控制条件下的蒸发器皿中剩余水体稳定同位素的变化特征及其与气象因子的关系;在桃子湖湖水观测实验中,对长沙桃子湖湖水稳定同位素的变化及其影响因素进行了分析;讨论了平衡分馏和动力分馏下的蒸发器皿中剩余水体稳定同位素的变化;模...
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１研究技术路线图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ?ｆｏｒ?ｒｅｓｅａｒｃｈ??
??高、剩余水中稳定同位素组分则越低。然而从图３－２给出的平均温度与蒸发器皿??剩余水稳定同位素变化速率〃的变化曲线可以看出温度与变化速率的变化趋势??基本保持一致，温度越高，变化速率越快。从变化的细节来看，在８月２７日之??前，器皿Ａ的变化速率与温度保持着非常一致的变化趋势，器皿Ｂ的变化速率??在无降水时，也基本与温度的变化趋势相似；但在８月２７日发生大幅度降温后，??两蒸发器皿的变化速率并未出现相应的减缓过程。??３５?Ｔ?＿會一器皿Ａ?…屬…．器皿Ｂ?「１??＊?Ｓ??７／２３?７／２８?８／２?８／７?８／１２?８／１７?８／２２?８／２７?９／１?９／６?９／１１??日期??图３－２蒸发器皿剩余水稳定同位素变化速率Ｓ与温度的变化??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｉｎｇ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔａｂｌｅ?ｉｓｏｔｏｐｉｃ?ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｓ?ｉｎ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｗａｔｅｒ?ａｎｄ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??图３－３给出了剩余水稳定同位素变化速率与温度的散点图。通过线性拟合和??回归分析，得到了?ｓ与温度之间的回归方程和相关系数：??器皿?Ａ：?ｓ＝０＿０３７Ｍ）．７２（７＝０＿２８，，２＝４０）??（３－２）??器皿?Ｂ：?ｓ＝０．０９ｒ－２．５７（产０．３８，，尸４５）??其中器皿Ａ剩余水稳定同位素变化速率与温度之间的相关系数通过了?０．１的信度??检验，器皿Ｂ两者的相关系数通过了?０．０１的信度检验。结果均表明实验水体稳??定同位素变化速率与温度的变化呈现一定的正相关关系
（ａ）、（ｂ）分别为蒸发器皿Ａ、Ｂ的实验结果??Ｆｉｇｕｒｅ?３－３?Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｌｉｅ?ｓｔａｂｌｅ?ｉｓｏｔｏｐｉｃ?ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｗａｔｅｒ?ａｇａｉｎｓｔ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｐａｎ?Ａ?（ｂ）?ａｎｄ?Ｂ?（ｃ）??３．２．２相对湿度与蒸发器皿中剩余水体稳定同位素变化的关系??理论的分析和实验结果均表明，蒸发过程中＜５１８０对相对湿度的变化非常敏??感［３６，４７］。类似图３－２，将实验水体的稳定同位素变化速率与对应时段的平均相对??湿度绘于图３－４。可以看出，在低相对湿度下，两个蒸发器皿的变化速率均较快；??当相对湿度明显增加时，蒸发器皿变化速率则相应的减缓。以器皿Ａ为例，从８??月３日开始的増湿过程中，变化速率逐渐减缓，ｓ的极小值（－０．５７％。）紧随相对湿??度的极大值（８７．０７％）出现。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]鄱阳湖水体垂向分层状况调查研究[J]. 李云良,姚静,张小琳,张奇. 长江流域资源与环境. 2017(06)
[2]湘江流域岳麓山周边地区不同水体中氢氧稳定同位素特征及相互关系[J]. 姚天次,章新平,李广,黄煌,吴华武,黄一民,张婉君. 自然资源学报. 2016(07)
[3]湖水氢氧同位素组分的时间变化特征及影响因子分析[J]. 徐敬争,肖薇,肖启涛,王伟,温学发,胡诚,刘诚,刘寿东,李旭辉. 环境科学. 2016(07)
[4]热分层效应控制的水库水体氢氧同位素特征[J]. 蒲俊兵,李建鸿,吴夏,袁道先,张陶. 水科学进展. 2016(04)
[5]典型温冰川区湖泊的稳定同位素空间分布特征[J]. 史晓宜,蒲焘,何元庆,陆浩,牛贺文,夏敦胜. 环境科学. 2016(05)
[6]长沙地区近地面水汽中氢氧稳定同位素的变化特征[J]. 姚天次,章新平,谢宇龙,黄煌,张婉君. 环境科学学报. 2017(02)
[7]蒸发过程中水体稳定同位素富集与空气湿度的关系[J]. 马洪云,尹立河,张俊,黄金廷,王晓勇,董佳秋. 地质通报. 2015(11)
[8]Evaporative enrichment of stable isotopes(δ18O and δD) in lake water and the relation to lake-level change of Lake Qinghai, Northeast Tibetan Plateau of China[J]. WU Huawu,LI Xiaoyan,LI Jing,JIANG Zhiyun,LI Guangyong,LIU Lei. Journal of Arid Land. 2015(05)
[9]华北平原典型区水体蒸发氢氧同位素分馏特征[J]. 马斌,梁杏,靳孟贵,李静,牛宏. 水科学进展. 2015(05)
[10]海河流域降水稳定同位素的云底二次蒸发效应[J]. 赵诗坤,庞朔光,文蓉,刘忠方. 地理科学进展. 2015(08)
博士论文
[1]洞庭湖流域水循环中稳定同位素的变化特征及其影响机制研究[D]. 黄一民.湖南师范大学 2013
硕士论文
[1]长沙地区水体蒸发中稳定同位素分馏的实验和模拟分析[D]. 黄煌.湖南师范大学 2015
本文编号：3373284
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１研究技术路线图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ?ｆｏｒ?ｒｅｓｅａｒｃｈ??
??高、剩余水中稳定同位素组分则越低。然而从图３－２给出的平均温度与蒸发器皿??剩余水稳定同位素变化速率〃的变化曲线可以看出温度与变化速率的变化趋势??基本保持一致，温度越高，变化速率越快。从变化的细节来看，在８月２７日之??前，器皿Ａ的变化速率与温度保持着非常一致的变化趋势，器皿Ｂ的变化速率??在无降水时，也基本与温度的变化趋势相似；但在８月２７日发生大幅度降温后，??两蒸发器皿的变化速率并未出现相应的减缓过程。??３５?Ｔ?＿會一器皿Ａ?…屬…．器皿Ｂ?「１??＊?Ｓ??７／２３?７／２８?８／２?８／７?８／１２?８／１７?８／２２?８／２７?９／１?９／６?９／１１??日期??图３－２蒸发器皿剩余水稳定同位素变化速率Ｓ与温度的变化??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｉｎｇ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔａｂｌｅ?ｉｓｏｔｏｐｉｃ?ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｓ?ｉｎ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｗａｔｅｒ?ａｎｄ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??图３－３给出了剩余水稳定同位素变化速率与温度的散点图。通过线性拟合和??回归分析，得到了?ｓ与温度之间的回归方程和相关系数：??器皿?Ａ：?ｓ＝０＿０３７Ｍ）．７２（７＝０＿２８，，２＝４０）??（３－２）??器皿?Ｂ：?ｓ＝０．０９ｒ－２．５７（产０．３８，，尸４５）??其中器皿Ａ剩余水稳定同位素变化速率与温度之间的相关系数通过了?０．１的信度??检验，器皿Ｂ两者的相关系数通过了?０．０１的信度检验。结果均表明实验水体稳??定同位素变化速率与温度的变化呈现一定的正相关关系
（ａ）、（ｂ）分别为蒸发器皿Ａ、Ｂ的实验结果??Ｆｉｇｕｒｅ?３－３?Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｌｉｅ?ｓｔａｂｌｅ?ｉｓｏｔｏｐｉｃ?ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｉｎ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｗａｔｅｒ?ａｇａｉｎｓｔ??ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｐａｎ?Ａ?（ｂ）?ａｎｄ?Ｂ?（ｃ）??３．２．２相对湿度与蒸发器皿中剩余水体稳定同位素变化的关系??理论的分析和实验结果均表明，蒸发过程中＜５１８０对相对湿度的变化非常敏??感［３６，４７］。类似图３－２，将实验水体的稳定同位素变化速率与对应时段的平均相对??湿度绘于图３－４。可以看出，在低相对湿度下，两个蒸发器皿的变化速率均较快；??当相对湿度明显增加时，蒸发器皿变化速率则相应的减缓。以器皿Ａ为例，从８??月３日开始的増湿过程中，变化速率逐渐减缓，ｓ的极小值（－０．５７％。）紧随相对湿??度的极大值（８７．０７％）出现。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]鄱阳湖水体垂向分层状况调查研究[J]. 李云良,姚静,张小琳,张奇. 长江流域资源与环境. 2017(06)
[2]湘江流域岳麓山周边地区不同水体中氢氧稳定同位素特征及相互关系[J]. 姚天次,章新平,李广,黄煌,吴华武,黄一民,张婉君. 自然资源学报. 2016(07)
[3]湖水氢氧同位素组分的时间变化特征及影响因子分析[J]. 徐敬争,肖薇,肖启涛,王伟,温学发,胡诚,刘诚,刘寿东,李旭辉. 环境科学. 2016(07)
[4]热分层效应控制的水库水体氢氧同位素特征[J]. 蒲俊兵,李建鸿,吴夏,袁道先,张陶. 水科学进展. 2016(04)
[5]典型温冰川区湖泊的稳定同位素空间分布特征[J]. 史晓宜,蒲焘,何元庆,陆浩,牛贺文,夏敦胜. 环境科学. 2016(05)
[6]长沙地区近地面水汽中氢氧稳定同位素的变化特征[J]. 姚天次,章新平,谢宇龙,黄煌,张婉君. 环境科学学报. 2017(02)
[7]蒸发过程中水体稳定同位素富集与空气湿度的关系[J]. 马洪云,尹立河,张俊,黄金廷,王晓勇,董佳秋. 地质通报. 2015(11)
[8]Evaporative enrichment of stable isotopes(δ18O and δD) in lake water and the relation to lake-level change of Lake Qinghai, Northeast Tibetan Plateau of China[J]. WU Huawu,LI Xiaoyan,LI Jing,JIANG Zhiyun,LI Guangyong,LIU Lei. Journal of Arid Land. 2015(05)
[9]华北平原典型区水体蒸发氢氧同位素分馏特征[J]. 马斌,梁杏,靳孟贵,李静,牛宏. 水科学进展. 2015(05)
[10]海河流域降水稳定同位素的云底二次蒸发效应[J]. 赵诗坤,庞朔光,文蓉,刘忠方. 地理科学进展. 2015(08)
博士论文
[1]洞庭湖流域水循环中稳定同位素的变化特征及其影响机制研究[D]. 黄一民.湖南师范大学 2013
硕士论文
[1]长沙地区水体蒸发中稳定同位素分馏的实验和模拟分析[D]. 黄煌.湖南师范大学 2015
本文编号：3373284
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